Закономерности изменения технико-технологических параметров пресс-подборщиков: массы, потребной мощности для выполнения процесса и производительности за час времени работы – от изменения объема формируемого тюка или рулона, которые приняты за основу.
Аннотация к работе
Технология заготовки грубых кормов с прессованием в тюки и рулоны позволяет снизить потери, уменьшить затраты на погрузку, перевозку и хранение, что требует от машиностроителей развивать производство таких машин и всемерно совершенствовать их конструкцию, повышая надежность, производительность, снижая энергетические и материальные ресурсы на единицу производимой продукции [1, 2, 3, 4, 5]. Основным технико-технологическим параметром различных пресс-подборщиков является размер камеры прессования, позволяющий формировать тюки и рулоны различного объема, который влияет на изменение массы машины, потребной мощности на выполнение процесса прессования и производительности. Поэтому дальнейший анализ технических характеристик пресс-подборщиков проводится с целью определения зависимости массы, потребной мощности и производительности от объема камеры прессования, который принимается за основу классификации машин. Производительность изменяется не только от размеров камеры прессования, но и от массы валка, которая должна соответствовать 2-3 кг на погонный метр, плотности прессования, размера упаковки корма, прямолинейности и равномерности сена или соломы в валке, рабочей скорости машины, которая увеличивается при переходе от конструкции порционного прессующего механизма кривошипно-шатунного устройства при формировании тюков с непрерывной подачей материала в камеру прессования и получением рулонов. 2 - Зависимость от объема рулона: массы машины (а); потребной мощности (б), производительности за час основного времени работы (в) и (г) производительность пресс-подборщиков тюков(1) и рулонов (2) в га за час эксплуатационного времени:-х- - машины советских времен поставки и выпускаемые промышленностью Республики Беларусь;-о- - машины, выпускаемые фирмами дальнего зарубежьяГрубые корма в виде сена и соломы заготавливают в рассыпном и прессованном виде. Для заготовки грубых кормов в прессованном виде применяют пресс-подборщики с формированием тюков или рулонов. Прессование позволяет снизить потери при заготовке корма, уменьшить затраты на транспортировку корма и его хранение. В результате анализа технических характеристик пресс-подборщиков, поставляемых в хозяйства в советские времена, освоенных промышленностью Республики Беларусь и ведущими фирмами дальнего зарубежья, установлено, что технико-технологические параметры пресс-подборщиков, такие как масса машины, потребная мощность и производительность за час основного времени, зависят от объема упаковки и являются основными показателями для технико-экономического расчета эффективности машин, проектирования новых машин подобного типа и определения потребности в машинах для условий конкретных хозяйств. Проведена классификация типажа пресс-подборщиков по объему упаковки.
Введение
Технология заготовки грубых кормов с прессованием в тюки и рулоны позволяет снизить потери, уменьшить затраты на погрузку, перевозку и хранение, что требует от машиностроителей развивать производство таких машин и всемерно совершенствовать их конструкцию, повышая надежность, производительность, снижая энергетические и материальные ресурсы на единицу производимой продукции [1, 2, 3, 4, 5].
Промышленностью освоены два типа пресс-подборщиков: для прессования кормовых материалов в тюки прямоугольной формы и формирования рулонов в камерах постоянного и переменного объемов. Причем тюки формируют в малогабаритные упаковки массой 36 кг и укороченные, имеющие форму квадрата. Крупногабаритные тюки формируют массой по сену 500 кг. Рулоны формируют в камере постоянного объема массой 500 кг и переменного - массой 750 кг сена.
Заготовка сена и соломы в крупных прямоугольных тюках имеет неоспоримые преимущества: - большая производительность по сравнению с другими технологиями, в том числе с рулонной, высокая плотность прессования тюков, лучшее использование грузоподъемности транспортных средств и вместимости хранилищ;
- снижение затрат времени на погрузочно-разгрузочные операции, а также расходов шпагата на обвязку тюков, уменьшение затрат труда.
Основным технико-технологическим параметром различных пресс-подборщиков является размер камеры прессования, позволяющий формировать тюки и рулоны различного объема, который влияет на изменение массы машины, потребной мощности на выполнение процесса прессования и производительности. Поэтому дальнейший анализ технических характеристик пресс-подборщиков проводится с целью определения зависимости массы, потребной мощности и производительности от объема камеры прессования, который принимается за основу классификации машин.
Масса пресс-подборщика изменяется от размера камеры прессования за счет конструктивных решений подборо-питающих и прессующих механизмов. Производительность изменяется не только от размеров камеры прессования, но и от массы валка, которая должна соответствовать 2-3 кг на погонный метр, плотности прессования, размера упаковки корма, прямолинейности и равномерности сена или соломы в валке, рабочей скорости машины, которая увеличивается при переходе от конструкции порционного прессующего механизма кривошипно-шатунного устройства при формировании тюков с непрерывной подачей материала в камеру прессования и получением рулонов. Потребляемая мощность зависит от размеров упаковок, плотности прессования и производительности пресс-подборщика.
Анализ источников
Исследованию подвергаются пресс-подборщики прежних лет поставки советских времен и освоенные промышленностью Республики Беларусь, а также изготавливаемые ведущими фирмами дальнего зарубежья [6, 7, 8]. Для анализа используются приведенные в источниках технические характеристики основных параметров машин (табл. 1, 2); объем рулона или тюка, потребляемая мощность, масса машины и производительность за час основного времени работы.
Таблица 1 - Техническая характеристика пресс-подборщиков с формированием прямоугольных тюков
Наименование Объем тюка, м3, max Масса машины, кг Потребная мощность, КВТ, Производительность за час основного времени, т, max
ППЛ-Ф-1,6 0,09/0,18 2340 25 16,0/19,0
ПКТ-Ф-2 2,9/3,2 6500 50 32,0/36,0
Машины зарубежных фирм: CLAAS QUADRANT 1200 0,6/2,4 6200 74 21,0/32,0
QUADRANT 1150 1,0 3500 75 22,0
QUADRANT 2200 0,8/2,52 8500 74 21,0/31,5
KRONE: BIG PACK 120-80 0,96/2,4 6600 69/92 23,0/32,0
BIG PACK 0,64/1,6 5980 65/88 21,5/31,0
CASE IN: 530 0,56/1,4 5980 62 19,0/25,0
540 0,84/2,1 7200 73 21,0/30,0
550 1,02/2,55 7410 73 22,3/32,5
WELGER: AP 630 0,09/0,21 1690 25 16,0/18,5
AP 730 0,09/0,21 1890 25 16,0/18,5
D4000 0,5/1,4 5700 74 19,5/25,0
D6000 0,79/2,1 6800 85 22,0/30,0
Примечание: В колонке 6 для машин зарубежного производства производительность за час основного времени работы расчетная. тюк рулон подборщик пресс
Примечание: В колонке 6 для машин зарубежного производства производительность за час основного времени работы расчетная.
Методы исследований
Графоаналитическим методом определялись эмпирические зависимости от объема тюка или рулона, масса машины, потребляемая мощность, производительность за час основного времени работы [9]. С интервалом 0,6 м3 для тюков и 0,8 м3 для рулонов установлены пять классов типажа пресс-подборщиков тюков и рулонов. По технико-технологическим параметрам пресс-подборщиков определены объемы работ, которые выполняют машины за агротехнический срок уборки с учетом природных и организационных условий хозяйств.
Основная часть
Для определения закономерности изменения технико-технологических параметров пресс-подборщиков тюков сена, формируемых в камере прессования, построены графики зависимости от объема тюка, массы машины (рис. 1а), потребной мощности (рис. 1б) и производительности за час основного времени работы (рис. 1в) и получены эмпирические формулы.
Рис. 1 - Зависимости от объема тюка: массы машины (а), потребной мощности (б) и производительности за час основного времени (в): -х- машины поставки Советских времен; -о- машины, изготавливаемые фирмами дальнего зарубежья
Эмпирическая формула зависимости массы пресс-подборщика от объема тюков имеет вид: , (1) где РТ - масса пресс-подборщика, формирующего прямоугольные тюки, кг; VT - объем тюка, м3; АТ - эмпирический показатель, имеющий размерность кг/м3 и равный 4645; ВТ - эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,36.
Эмпирическая формула зависимости потребной мощности от объема тюка имеет вид: , (2) где NT - потребная мощность, КВТ; - объем тюка, м3; MT - эмпирический показатель, имеющий размерность КВТ/м3 и равный 60; NT - эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,5.
Эмпирическая формула зависимости производительности за час основного времени работы имеет вид: , (3) где WT - производительность за час основной работы, т; - объем тюка, м3; СТ - эмпирический показатель, имеющий размерность т/м3 и равный 22,5; Кт - эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,38.
Для определения закономерностей изменения технико-технологических параметров пресс-подборщиков, формирующих в камере прессованные рулоны, построены графики зависимости от объема рулона массы машины (рис. 2а), потребной мощности (рис. 2б) и производительности за час основного времени работы (рис. 2в).
Рис. 2 - Зависимость от объема рулона: массы машины (а); потребной мощности (б), производительности за час основного времени работы (в) и (г) производительность пресс-подборщиков тюков(1) и рулонов (2) в га за час эксплуатационного времени: -х- - машины советских времен поставки и выпускаемые промышленностью Республики Беларусь; -о- - машины, выпускаемые фирмами дальнего зарубежья
Эмпирическая формула зависимости массы рулонного пресс-подборщика от объема рулона имеет вид: , (4) где Рр - масса рулонного пресс-подборщика, кг; - объем рулона, м3;ар - эмпирический показатель, имеющий размерность кг/м3 и равный 1490; вр - эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,46.
Эмпирическая формула зависимости потребной мощности от объема рулона имеет вид: , (5) где Np - потребная мощность на прессование рулона, КВТ; - объем рулона, м3; mp - эмпирический показатель, имеющий размерности КВТ/м3 и равный 28; np - эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,39.
Эмпирическая формула зависимости производительности за час основного времени от объема рулона имеет вид: , (6) где Wp - производительность за час основного времени работы, т; - объем рулона, м3; ср - эмпирический показатель, имеющий размерность т/м3 и равный 10; кр - эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,45.
Для определения размеров площади, которую может убрать пресс-подборщик тюков в агротехнический срок 15 календарных дней, принимаем допущение, что работа выполняется в самые неблагоприятные погодные условия, когда через два дня хорошей погоды на третий выпадают осадки. Машины за агросрок при восьмичасовой смене работают в загоне ежедневно в среднем по 5 часов.
Производительность за час эксплуатационного времени определяется умножением производительности за час основного времени для пресс-подборщиков тюков на коэффициент 0,5, учитывающий ограничения рабочей скорости изза повышенной вибрации машины при перегрузках шатунно-кривошипного привода прессующего механизма, а также техническую готовность машины, регулировки, возможные ремонты, отдых, переезды, развороты и прочие остановки по техническим и организационным причинам.
Учитывая, что производительность пресс-подборщиков определяется в тоннах за час работы, то для определения уборочной площади в гектарах расчет проводим при биологической урожайности, равной 200 ц с гектара. С учетом 10 % механических потерь и снижения влажности с 80 % до влажности сена при уборке пресс-подборщиками 20 % масса сена определяется по формуле: , (7) где Рн - начальный вес скошенный травы с учетом 10% потерь, ц; Рк - конечный вес сена затюкованного, ц; Wн и Wk - относительная влажность, начальная и конечная, %.
Тогда урожайность убираемого сена составит 45 ц/га. С учетом приведенных выше допущений и предположений выполнен перерасчет производительности пресс-подборщика, выраженной в га за час эксплуатационного времени работы, и графоаналитическим методом определена эмпирическая зависимость технологического параметра производительности пресс-подборщика от объема прессуемого тюка.
Графическая зависимость приведена на рисунке 2г (1): , (8) где Ft - производительность пресс-подборщика за час эксплуатационного времени работы, га; - объем тюка, м3; dt - эмпирический показатель, имеющий размерность га/м3 и равный 2,4; ft - эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,43.
Систематизация типажа пресс-подборщиков с формированием прямоугольных тюков проведена по технологическому параметру объема тюка с интервалом между классами 0,6 м3. К первому классу относятся пресс-подборщики с формированием прямоугольного тюка от 0,1 до 0,7 м3. Ко второму - пресс-подборщики, формирующие тюк объемом от 0,8 до 1,4 м3. Третий - тюки объемом 1,5-2,1, четвертый - 2,2-2,8 и пятый класс - 2,9-3,5 м3.
Таблица 3 - Зависимость уборочной площади от объема тюка и классификации пресс-подборщиков
Наименование Показатели
Классификация машин, класс I II III IV V
Объем формируемого тюка, м3 0,1-0,7 0,8-1,4 1,5-2,1 2,2-2,8 2,9-3,5
Уборочная площадь, га 37,5-142,5 150,0-217,5 225,0-247,7 255,0-277,5 285,0-307,5
В табл. 3 приведены расчеты размеров уборочной площади пресс-подборщиком при формировании прямоугольных тюков за агросрок с учетом природно-хозяйственных условий в зависимости от объема тюка и класса машины.
Для определения площади уборки рулонными пресс-подборщиками за период агротехнического срока при расчетах используются допущения, принятые при расчетах уборочной площади пресс-подборщиков тюков: неблагоприятные погодные условия, что обеспечивает работу машин в загоне не более 5 часов за 15 дней агросрока уборки. При определении производительности за час эксплуатационного времени производительность за час основного времени умножается на коэффициент 0,7, так как у рулонных пресс-подборщиков используется повышенная рабочая скорость изза отсутствия шатунно-кривошипного привода прессующего механизма. Производительность за час эксплуатационного времени определяется в гектарах, используется урожайность сена 45 ц/га. Графическая зависимость от объема рулона приведена на рисунке 2г (2).
Графоаналитическим методом определена эмпирическая зависимость производительности за час эксплуатационного времени рулонного пресс-подборщика от объема рулона: , (8) где Fp - производительность рулонного пресс-подборщика за час эксплуатационного времени, га; - объем рулона, м3; dp - эмпирический показатель, имеющий размерность га/м3 и равный 1,7; FP - эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,41.
Аналогично предыдущему пресс-подборщику типаж рулонных пресс-подборщиков распределяется на пять классов по технологическому параметру объема рулона с интервалом 0,8 м3.
К первому классу относятся пресс-подборщики, формирующие рулоны объемом от 0,2 до 1,0 м3. Ко второму - с объемом рулона 1,1-1,9, к третьему - 2,0-2,8, к четвертому - 2,9-3,7 и пятому - 3,8-4,6 м3.
В табл. 4 приведены расчеты размеров площади, убираемой рулонным пресс-подборщиком за агросрок с учетом природно-хозяйственных условий в зависимости от объема рулона и класса машин.
Таблица 4 - Зависимость уборочной площади от объема рулона и классификации пресс-подборщиков
Наименование Показатели
Классификация пресс-подборщиков, класс I II III IV V
Объем формируемого рулона, м3 0,2-1,0 1,1-1,9 2,0-2,8 2,9-3,7 3,8-4,6
Уборочная площадь, га 3,7.5-112,5 120-150 157,5-187,5 195-210 217,5-232,5
Результаты исследований технико-технологических параметров пресс-подборщиков с формированием тюков и рулонов предназначены для использования их при проектировании новых машин подобного назначения и для практического использования при определении необходимого количества машин для конкретных условий хозяйств.
Вывод
1. Грубые корма в виде сена и соломы заготавливают в рассыпном и прессованном виде. Для заготовки грубых кормов в прессованном виде применяют пресс-подборщики с формированием тюков или рулонов. Прессование позволяет снизить потери при заготовке корма, уменьшить затраты на транспортировку корма и его хранение.
2. В результате анализа технических характеристик пресс-подборщиков, поставляемых в хозяйства в советские времена, освоенных промышленностью Республики Беларусь и ведущими фирмами дальнего зарубежья, установлено, что технико-технологические параметры пресс-подборщиков, такие как масса машины, потребная мощность и производительность за час основного времени, зависят от объема упаковки и являются основными показателями для технико-экономического расчета эффективности машин, проектирования новых машин подобного типа и определения потребности в машинах для условий конкретных хозяйств.
3. Определены графоаналитическим методом в зависимости от объема упаковки массы машины (рис. 1а и формула 1) для тюков, (рис. 2а и формула 4) для рулонов; потребной мощности (рис. 1б и формула 2) для тюков, (рис. 2б и формула 5) для рулонов; производительности за час основного времени работы (рис. 1в и формула 3) для тюков, (рис. 2в и формула 6) для рулонов.
4. Проведена классификация типажа пресс-подборщиков по объему упаковки. Типажи пресс-подборщиков подразделяются на пять классов: от 0,1 до 3,5 м3 для тюков с интервалом через 0,6 м3 и от 0,2 до 4,6 м3 для рулонов с интервалом 0,8 м3.
5. Определена эксплуатационная производительность пресс-подборщиков с учетом природно-хозяйственных и организационных условий и рассчитаны размеры площадей, убираемых пресс-подборщиками каждого класса.
6. Результаты исследований предназначены для технико-экономических обоснований при проектировании новых машин и определения количества выпускаемых промышленностью машин для конкретных условий хозяйств Республики Беларусь.
Список литературы
1. Зафрен, С. Я. Технология приготовления кормов: справочное пособие / С. Я. Зафрен. - М. Колос, 1977. - 240 с.
2. Заготовка прессованного сена по усовершенствованной технологии: рекомендации / А. А. Гнояник[и др.]. - Минск. Ураджай, 1975. - 32 с.
3. Шпилько, А. В. Техника для заготовки грубых кормов в крупногабаритных тюках / А. В. Шпилько // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1997. - № 8. - С. 14-16.
4. Анализ и оценка энергозатрат современных машин для заготовки прессованного сена / С. В. Крылов [и др.] // Механизация и электрификация сельского хозяйства: Межвед. тематич. сб. в 2 т. / РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства». - Минск, 2010. - Вып. 44. - Т 2. - С. 3-10.
5. Шпилько, А. В. Производительность крупногабаритных пресс-подборщиков / А. В. Шпилько // Тракторы и сельхозмашины. - 1997. - № 8.- С. 29-30.
6. Короткевич, А. В. технологии и машины для заготовки кормов из трав и силосных культур / А. В. Короткевич.- Минск, Ураджай. 1990. - 383с.
7. Клочков, А. В. Заготовка кормов зарубежными машинами / А. В. Клочков, В. А. Попов, А. В. Адась. - Горки, 2001. - 201 с.
8. Сельскохозяйственные машины, выпускаемые в Республики Беларусь. Каталог. - Минск, 2002. - 88 с.
9. Бронштейн, Н. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗОВ / Н. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев; под ред. Г. Гроща и В. Циглера. - Лейацич - М., 1981. - 718 с.